DE1421830A1 - Schmiermittel fuer Lager - Google Patents

Schmiermittel fuer Lager

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DE1421830A1
DE1421830A1 DE19611421830 DE1421830A DE1421830A1 DE 1421830 A1 DE1421830 A1 DE 1421830A1 DE 19611421830 DE19611421830 DE 19611421830 DE 1421830 A DE1421830 A DE 1421830A DE 1421830 A1 DE1421830 A1 DE 1421830A1
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lead
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Macdonald Robert John
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Clevite Corp
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Description

P 14 21 "Θ3Ο.5 16. Mai 1969
Clevite Corporation ' ReLi-Gu-2609 Schmiermittel für Lager
Die Erfindung bezieht sioh auf die Verwendung von Bleioxid als Schmiermittel für lager.
Bleioxid weist bei erhöhten Temperaturen einen solohen Reibungskoeffizienten auf, daß es ale Schmiermittel oder Gleitmittel für Lager geeignet ist. Hierzu werden feste Pilmüberzttge aus Bleioxid auf besonderen Materialien, beispielsweise auch auf Stahl aufgebracht. Ein derart aufgebautes Lager ist jedoch nur brauchbar, solange der dünne Bleioxidfilm auf den stählernen Laufflächen des Lagers vorhanden ist. Da der Überzug ganz dünn sein muß, reibt er sioh während einer ziemlioh kurzen Zeit ab, so daß die Lebensdauer eines solohen Lagers kurz ist, was für viele Anwendungszweoke nachteilig 1st.
An die Schmiermittel und Gleitmittel für Lager müssen je naoh dem Verwendungszweck und Umgebungsbedingungen verschiedenartige Anforderungen gestellt werden· So soll beispielsweise die Gleitfläche eines Lagers außer einem mögliohst geringen Reibungskoeffizienten in vielen Fällen ein gewisses Einbettungevermögen für Sohmutz aufweisen· Unabhängig davon, ob äußerIioh zugeführte Schmiermittel in dem Lager verwendet werden oder nioht, darf keine Korrosion und Oxidation auftreten« Der Versohleiö oder der Abtrieb soll gering sein, im besonderen wenn das Lager während einer längeren Zeit betrieben werden soll· Tails das Lager nur einmal kurzzeitig verwendet wird, beispielsweise in einer Hakst·» dann ist die Abriebgeeohwin-
909839/1129 Neue Unterlagen m?n At*a Nr. ι
digkeit von untergeordneter Bedeutung. Auch die Umgοbungstemperatur und de Betriebsweise des Lagers, beispielsweise Dauerbetrieb oder Kurzbetrieb, haben auf die an ein lagereohraiermittel gestellten Anforderungen Einfluß. Perner verlangt man, daß ein Lager unempfindlich gegenüber Temperatursohwankungen ist, eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und daß die thermische Ausdehnung seiner Lauffläche derjenigen der benachbarten Seile angepaßt let. Weitere allgemeine Gesichtspunkte sind ein geringes Lagergewicht und -volumen sowie eine leiohte Bearbeitbarkeit der Lagerflächen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Schmiermittel zu schaffen, das eine lange Lebensdauer des Lagers garantiert und hinsichtlich seiner Schmierfähigkeit den verschiedensten Anforderungen genügt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die Verwendung eines aus Bleioxid als Hauptbestandteil und mindestens einem anderen Oxid bestehenden Materials, mit welchem eine auf der Oberfläche eines Lagere ausgebildete poröse Trägerschicht imprägniert wird, deren freie Oxidbildungsenergie positiver als die von Bleioxid ist, als Schmiermittel für Lager.
Dabei ist dem Bleioxid zur Bildung des als Schmiermittel dienenden Materials eines oder mehrere Oxide der Elemente Silicium, Aluminium, Wismut, Vanadium, Arsen, Molybdän, Wolfram, Antimon, Titan, Zinn, Kupfer, Bor, Bisen und Chrom beigemengt· Auf diese Weise ergibt sich eine große Gruppe von Lagersohmlermitteln, die die verschiedensten Anforderungen erfüllen. Durch die Wahl und Menge des dem Bleioxid beigemengten Oxids bzw. der beigen ©igten Oxide kann man entsprechend den gestellten Forderungen einigt Sohaieroitteleigensohaften hervor-
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3AD ORlGiNAL
heben und andere unterdrücken.
Die poröse, von den Oxidgemieoh getränkte Trägereohioht besteht vorzugsweise aus Kupfer oder Silber· Um eine lange Lebensdauer des Lagers zu gewährleisten, wird eine verhältnismäßig große Menge des Oxidgemieohs in die Trägereohioht eingebracht, so daß an den Laufflächen des Lagere stets eine ziemlich große Sohmiermitteinenge vorhanden ist«
Eine Schwierigkeit beim Hinbringen des als Hauptbestandteil Bleioxid enthaltenden Oxidgemisohs in die sehr kleinen Poren der Trägerschicht besteht darin, daß dabei das Bleioxid zu ä Blei reduziert werden kann. Um die Trägerschicht mit dem . Oxidgemisoh zu tränken, muß das Tränkmittel in einem gewiesen Maß das Material der Trägereohioht benetzen. Wenn die Trägerschicht aus Kupfer besteht, muß das Oxidgemisoh derart zusammengesetzt sein, daß es bei den Tränktemperaturen die Oberfläohe des Kupfers benetzt und in die kleinen Foren und Zwischenräume der Trägersohioht hineinfließt· Die Imprägniertemperatur und die anderen Bedingungen sind derart zu wählen, daß das Bleioxid nioht in beträohtliohem Maße zu Blei reduziert wird. Hierzu muß das Oxidgemisoh eine gewisse flüssige Löslichkeit im Kupfer aufweisen. Geschmolzenes Bleioxid benetzt bei oder oberhalb einer Temperatur von 886° 0 Kupfer sehr gut und dringt daher bei dieser Temperatur leicht in eine " poröse Kupfermasse ein. Bleioxid hat jedoch einen ziemlioh hohen Reibungskoeffizienten, so daß es im Vergleich zu anderen Stoffen als Schmiermittel für Lager nur begrenzte Verwendung findet· Um den Reibungskoeffizienten herabzusetzen und in zahlreichen Fällen die Viskosität bei höheren Temperaturen zu verringern, werden die anderen genannten Oxide dem Bleioxid zugesetzt. Ub die Sohmiermitteleigeneohaft beträchtlich
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zu verbessern, müssen in allen Pailen die anderen Oxide in einer solchen Menge dem Bleioxid beigemengt werden» daß die Mischung eine niedrigere Schmelztemperatur als Bleioxid aufweist <i
Oft hat das dem Bleioxid zugesetzte Oxidmaterial eine höhere Schmelztemperatur als Bleioxid· Die Mischungen, die als Schmier- oder Gleitmittel verwendbar sind, haben jedoch stets eine niedrigere Schmelztemperatur als die einzelnen Oxide. Past alle dem Bleioxid beigemengten Oxide bilden mit ihm ein oder mehrere Eutektika. Sie verwendeten Anteile sind jedoch nioht auf die zur Bildung eines Eutektikums notwendige Menge beschränkt. Viele Mischungen können als Keramiken bezeichnet werden. Andere bilden Gläser, von denen einige eine fein verteilte, glasige Phase und andere eine entglaste Phase aufweisen können·
FUr das Schmiermittel naoh der Erfindung braucht man keinen Stützkörper, beispielsweise Stahl, Aluminium, Kunststoff oder dgl. Falls jedooh ein soloher verwendet wird, ist auf dem Stutzkörper eine Trägerschicht aus Kupfer oder Silber aufgelegt« Zur Bildung einer Trägerschicht mit oder ohne Stutzkörper stehen an sich bekannte Verfahren zur Verfügung. In der US-Patentsohrift 2 902 748 ist ein Beispiel für ein Verfahren zum Aufbringen einer Trägerschicht aus gesintertem Kupfer auf einem streifenförmigen Material, beispielsweise aus Stahl, beschrieben· Eine wesentliche Eigenschaft der Trägerschicht besteht darin, daß sein Oberfläohenmaterial eine freie Oxidbildungsenergie aufweisen muß, die positiver als die des Bleioxide ist, so daß die Trägersohioht das Bleioxid nioht reduziert, wenn es in Form des Oxidge» misohs in die Trägerschicht eingebracht wird. Kupfer und Silber erfüllen dieses Erfordernis. Es können aber auch an- . dere Stoffe als Trägersohioht verwendet werden, wenn gewisse
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BAD ORIGINAL
U21830
Vorsichtsmaßregeln befolgt.werden. So können beispielsweise gesinterte Eisen- oder Alurainiumteilchen die Trägerschicht bilden, wenn die pulverformigen Eisen- oder Aluminiurateilohen mit eines Material, a.B. Kupfer oder Silber überzogen worden, 00 daß die mit dem Trankmittel in Berührung stehende Trägerschicht eine freie Oxidbildungsenergie aufweist, die positiver als die des Bleioxids ist.
Nachdem die Trägerschicht in an sich bekannter Weise ausgebildet ist, wird das Ozidgemisoh in die Zwischenräume und Poren eingebracht· Das dem Bleioxid beigemischte Oxid ist stets derart zu wählen, daß die Misohung einen niedrigeren Schmelzpunkt als Bleioxid aufweist, selbst wenn der Schmelz- | punkt des zusätzlichen Oxids oberhalb des Bleioxidschmelzpunktes liegt.
23as Oxidgemisoh kann in die Trägerschicht durch ein Warmgußverfahren eingebracht werden, oder in Pulverform aufgebracht und anschließend erwärmt werden, bis es schmilzt und in die Poren der Trägerschicht hineinfließt·
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beigefügte Pigur hingewiesen, die die Beziehung zwischen der Prüfdauer und der Lagertemperatur eines Kupfer-Blei-Lagers und eines lagere zeigt, in dem das Schmiermittel der Erfindung g benutzt wird·
Eine Tabelle I gibt außerdem eine große Anzahl von Mischungen nach der Erfindung an· Am Kopf der Tabelle Z stehen Bezugsdaten für Bleioxid zu Vergleichszweoken.
Pur alle Oxidisohen Additive sind die dem Bleioxid hinzugefügte Menge, die eutektisohen Punkte, die Schmelztemperatur der Mischung bei den eutektische)! Punkten, die Sohmelzbedingungen und der Beibungskoeffisient der verschiedenen Misohungezx angegeben.
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Tabelle I
Additiv Bereich 28* Eutektikum ! .PbO - 0C 12$ 925 496 Zustand Reibungskoeffizient 0,23 \ 1
CTi 		■
45S - Grundraischungen 888 1500 815 zähflüssig (mittlerer) (niedrigster 0,45 I
PbO — 495* - Schmelztemperatur geschmolzener 733
733
733		 1,55* 1570 855 flüssig
zähflüssig
sehr zähflüssig		 0,60 -
SiO2 1 - 255* B'fo
155*
28$		 0P 865 95*
255*		 1500
1550
1500		 815
844
815		 sehr zähflüssig 0,27
0,27		 0,22
Al2O3 1 - 49£ - 45* 1630 580 185* 1260 682 flüssig 0,68 0,28
Bi2O3 1 - 495* 285* 1350
1350
1350		 785 839/1129 zähflüssig 0,38 0,14
PbO-CrO3 1 - 3395 8$ 1589 759
482		 flüssig
zähflüssig		 0,31 0,45
V2O5 1 - 45^ 135*
455*		 1075 804
815
787		 flüssig
flüssig
flüssig		 0,38
0,93		 0,16
As2O5 1 - 17?
335*		 1445 787 flüssig 0,96
0,24		 0,17
PbO-MoO3 1 - 185* 1400
900		 725 flüssig 0,73 0,31
PbO-WO3 1 - 295* , 1475
1500
1450		 49/0 (un vollständig Bffien diagramm ) flüssig 0,22 —
Sb2O3 1 - 1450 495* flüssig 0,23 -
B2O3 1 - 1335 35* flüssig 0,44 -":
TiO9 1 - 2$ sehr zähflüssig 0,70 0,18
SnO2 1 - -flüssig
flüssig		 -
P2O5 25 - sehr zähflüssig 0,39
0,50
BADC Cu2O 1 - 909 0,31
)RIGI
NAL
OO CO O
Zusammensetzung
Tabelle I (Fortsetzung PbO - Grundroischungen
Schmelztemperatur geschmolzener 0P 0C Zustand
Reibungskoeffizient (mittlerer) (niedrigster)
PbO Al2O3 SiO2
71
83
85
40		 1
1
2		 28
16
13
9
91
93		 5
1		 4
6
PbO
*		 B2O3 SiO2
85
93		 11
5		 4
2
PbO V2O5 TiO2
f
- 1
89,5		 - 10
7,3		 1 - 5
3,2 (kein Eutektikura)
PbO SiO2 P2°5
- 1
85		 - 30
12,5		 1-30
2,5 (kein Eutektikum)
PbO SiO2 Pe3O4
1330 1300 1300 1275
1420 1275
900 990
1600
1425
721 705 705 692
771 692
482 532
flüssig flüssig flüssig flüssig
flüssig flüssig
flüssig flüssig
872 flüssig
755 zähflüssig
10
(kein Phasendia- QriQOio/iioo dünnflüssig gramm verfügbar) »09839/1129 .
0,33
0,30 0,33
0,32
0,38
0,34
0,22
0,19
0,17
0,36
0,27
U21830
·■* C» ■"
Ura gleichförmige Prüfresultate zu erhalten, sind die Proben, die die Angaben nach Tabelle I liefern, aus gesindertem Kupfer hergestellt, ohne daß ein Trägerelement aus Stahl oder dgl. verwendet wird, Das Kupferpulver, aus dem die Form hergestellt wird, ist eine homogene Mischung mit einem wei'ten Bereich der Partikelgröße9 die bei einem Druck von 12 000 Pfund/Quadratsoll (840 kg/cm ) kalt verfestigt und in Wasserstoff bei einer Temperatur von 1 840 0P (1000 0C) gesindert wird. Die sich ergebende ]?oriH weist etwa 30$ Hohlräume je Raumeinheit auf.
Das Tränkmittel· wird in den gewünschten Anteilen gemischt und auf seine Schmelztemperatur erwärmt, worauf die poröse Kupferforro in die geschmolzene Oxidraischung solange eingetaucht wird, bis die Poren der Form gefüllt sind. Alle Proben werden unmittelbar nach Verlassen des Schmelzbades mit Wasser abgeschreckt.
Die Reibungsprüfungen werden bei Raumtemperatur und einer auf 40$ aufrechterhaltenden Luftfeuchtigkeit· ohne Schmiermittel ausgeführt, wenn man von dem Schmiermittel absieht,, das von dem Gleitflächenmaterial selbst zugeführt wird. Ein Prüfgerät gemäß Falex wird mit einem Prüfdorn aus Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt verwendet, der mit 192 Umdrehungen/min umläuft und mit Gewichten zwischen 70 Pfund und 566 Pfund (31,5 kg und 256 kg) belastet wird. Beim PrüfVorgang wird das Gewicht 5 min lang auf einer vorgegebenen Höhe gehalten und dann vergrößert.
Wenn auch einige Mischungen auf der Basis von Bleioxid (PbO) einen Reibungskoeffizienten besitzen, der wahrscheinlich zu hoch ist, als daß sie gewöhnlich für die Gleitfläche eines Lagers verwendet werden können, besitzen sie doch kompensierende Eigenschaften und können ebenfalls als Reibungsmaterialien in Kupplungsplatten und dgl. verwendet werden. Alle Materialien weisen den Vorteil auf, der aus der Kurve der Figur zu ersehen ist.
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Wenn die Temperatur eines typischen Kupfer-Blei-Lagers über einen kritischen Punkt hinaus anwächst, versagt das Lager, (ausgezogene Linie). Ein Lager gemäß der Erfindung kann zu Anfang eine auf die Reibung zurückzuführende höhere Temperatur als das Kupfer-Blei-Lager zeigen; kurz nachdem seine Temperatür einen vorgegebenen Punkt erreicht, fällt sie ab und wird etwa konstant mit der Zeit beibehalten. Hier zeigt sich eine sehr wichtige Eigenschaft der Gruppe von Lagermaterialien gemäß der Erfindung.
Wegen dieser Eigenschaft kann das Material unter gewissen Bedingungen infolge der Bildung einer Glasur oder eines oxidischen Oberflächenüberzuges auf der angreifenden rotierenden Welle ungeschmiert laufen. Solange dieser Oberflächenfilm un- I versehrt bleibt und nicht durch Pressen usw. zerstört wird, ist der Reibungskoeffizient niedriger, als wenn die Welle an einer nicht glasierten Oberfläche laufen würde. Daher kann man erwarten, daß das aufeinander arbeitende Material keine große Wirkung auf die Reibung mit diesem Lagermaterial ausübt. Tatsächlich haben einige Testversuche gezeigt, daß diese glasurbildende Eigenschaft des mit Oxiden durchdrungenen Kupfers sogar ein einwandfreies Reiben an einem umlaufenden Körper aus rostfreiem Stahl zuläßt. In diesem Pail ist der Reibungskoeffizient so niedrig wie der, der an einer Stahlwelle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt beobachtet wird. Diese Beobachtung ist äußerst bedeutsam im Hinblick darauf, daß die meisten λ Metalle nicht brauchbar sind, wenn sie ungeschmiert an rostfreiem Stahl gleiten sollen; gewöhnlich fressen oder schweißen sich die Bestandteile beträchtlich aneinander fest.
Wie man erkennen kann, besitzt die Gruppe der Mischungen auf der Basis von Bleioxid eine höhere TemperaturetabiIitat als Kupfer-Blei-Materialien.
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Ein weiterer Vorteil, der sich durch Prüfungen an einer Kupferform ergibt, in die eine Mischung auf der Basis von Bleioxid und anderen Oxiden eingedrungen ist, liegt' darin, daß das Gleitflächeninaterial in einer reaktionsunfähigen Atmosphäre und in Luft ungeschmiert laufen kann. Beim Laufen in Argon zeigt sich ein niedrigerer Reibungskoeffizient als beim Laufen in Luft. Yiele Stoffe scheinen besser in Luft als in einer reaktionsunfähigen Atmosphäre zu laufen, was vielleicht auf die Bildung eines Oxidfilms während des Betriebs zurückzuführen ist. Eine Oxydation des Kupfers scheint jedoch seinen Reibungskoeffizienten zu vergrößern.
Wenn auch der Reibungskoeffizient ein bedeutsamer I^ktor ist, wählt man für einen vorgegebenen Zweck mitunter- ein Material mit einem höheren Reibungskoeffizienten, wenn dieses andere wünschenswerte Eigenschaften aufweist. In vielen Fällen soll das Gleitflächenmaterial der Korrosion widerstehen. Wenn auch nur eine begrenzte Anzahl von Versuchen in einem normierten Bad zur Auswertung der Korrosion aus Xylol, Laurinsäure und Hitrobenaol durchgeführt worden sind, zeigt sich doch, daß die geprüften Oxidmischungen im Vergleich zum Bezugsmaterial aus Kupfer und Blei hervorstechen.
Tabelle II Ergebnisse der Korrosionsauswertung
Material" Gewichtsänderung
___ g/h Quadratzoll
Gu-Pb . -0,120
Cu -(PbO - 10# SiO2 - 5aß> Al3O5) -0,005
Cu -(PbO - 12?6 B2O5) -0,005
Mechanisch scheinen die Materialien auf der Basis von Bleioxid einen Vorteil gegenüber einer Kupferform zu haben, die mit Blei getränkt ist. Z.B. weist mit 30$ bleigetränktes, ge-
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— ι ι
sintertes Kupfer eine Zugfestigkeit von 13 000 Pfund/Quadratzoll (910 kg/cra ) und eine Druckfestigkeit von 41 000 Pfund/ Quadratzoll (2870 kg/cm ) auf. Dieselbe gesinterte Kupferform, in die ein Gemisch aus 85$ PbO, 10$ SiO2 und 5$ Al2O, eingedrungen ist, weist eine Zugfestigkeit von 17 000'Pfund/
Quadratzoll (1 190 kg/cm ) und eine Druckfestigkeit von
86 Pfund/Quadratzoll (6 020 kg/cm ) auf. Die stark vergrößerte Druckfestigkeit ist ein großer Vorteil bei Lagern, die bei starken Belastungen schnell laufen, sollen. Ein Tränkmittel aus 85$ PbO, 10$ SiO2 und 5$ Al2O, in einer ungesinterten Kupferform bringt dieselbe Zugfestigkeit und eine etwas vergrößerte Druckfestigkeit im Vergleich zum gesinterten Kupfer mit sich, in das Blei eingedrungen ist; es zeigt sich also, daß es nicht von Bedeutung ist, eine gesinterte,-Form zu ver- ä wenden.
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Claims (13)

- 12 Patontansprüehe
1. Verwendung eines aus Bleioxid als Hauptbestandteil und mindestens einem anderen Oxid bestellenden Materials, mit welchem eine auf der Oberfläche eines Lagers ausgebildete poröse Trägerschicht imprägniert wird, deren freie Oxidbildungsenergie positiver als die von Bleioxid ist, als Schmiermittel für lager.
2. Verwendung des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es außer Bleioxid ein oder mehrere Oxide der Elemente Silicium, Aluminium, Wismut, Vanadium, Arsen, Molybdän, Wolfram, Antimon, Titan, Zinn, Kupfer, Bor, Eisen oder Chrom enthält.
3. Verwendung des Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägerschicht aus Kupfer oder Silber besteht.
4. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bia 2β'/ο SiO2 enthält.
b. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 49$ Bi2O^, V3O5, As2Oc, Sb2O, oder B2Qv enthält.
6. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 4$ Al2O^ enthält.
7. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 259a CrO5 enthält.
Unterlagen (Art 7 si Ag. a Hr. 1 j*
v. 4.9.1»»
U21830
8. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 33$ MoO, enthält.
9. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 45$ WO3 enthält.
10. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis y/o TiO2 enthält.
11. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, .· daß es 1 bis 2$ SnO2 enthält.
12. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,. daß es 1 bis 30$ Cu2O enthält.
13. Verwendung des Materials nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichn et, daß es 1 bis 7,5 oder 25 bis 49% P3O5 enthält.
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